一种高Cr-高Co型稀土耐热钢合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及耐热钢领域，具体为一种高Cr

【技术实现步骤摘要】
一种高Cr
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高Co型稀土耐热钢合金材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及耐热钢领域，具体为一种高Cr
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高Co型稀土耐热钢合金材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]镁合金以其高的比强度、比刚度和良好的抗电磁辐射能力等优异的性能，引起了人们的重视，在汽车、通信以及航天航空等领域得到了广泛应用。目前，镁合金零件的生产主要采用压铸工艺。在镁合金零件压铸过程中，压铸机的料壶、锤头、喷嘴等热作零部件长期与600～700℃的镁合金高温液体接触，需承受30～50MPa的冲击载荷，这要求镁合金压铸机热作零部件的选材具有良好的高温热强性、耐磨性和冲击韧性。近年来，镁合金压铸件需求量不断增大，对镁合金压铸机的使用寿命提出了更高的要求，对镁合金压铸机热作零部件选材提出严峻挑战。
[0003]镁合金压铸机热作零部件常用选材为H13热作模具钢，以及在其基础上开发的QR080、QR090等品种。但是，这些热作模具钢品种，通常只适用于温度较低的工况。当温度超过650℃时，这些热作模具钢品种的高温强度显著降低，已经不能满足实际生产要求。近年来，德国开发的具有较高高温强度的X20CoCrWMo10
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9(1.2888)耐热钢，在镁合金压铸机热作零部件中得到了较为广泛的应用。然而，在高温条件下，X20CoCrWMo10
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9耐热钢的韧塑性不佳，服役寿命不理想。因此，为解决日益增长的镁合金铸件需求，开发具有优异的高温强度、韧塑性和服役寿命的镁合金压铸机热作零部件选材，越来越显得紧迫。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高Cr
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高Co型稀土耐热钢合金材料及其制备方法，，通过C、N、RE共合金化和V、Nb微合金化，提高高温强度和韧塑性，解决目前镁合金压铸机热作零部件选材热强度不足、韧塑性较差的问题，以延长镁合金压铸机机热作零部件的使用寿命。
[0005]本专利技术的技术方案是：
[0006]一种高Cr
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高Co型稀土耐热钢合金材料，按重量百分比计，化学成分范围为：
[0007]C 0.10～0.50，Si 0.10～0.50，Mn≤0.50，P≤0.02，S≤0.015，Cr 8.0～12.0，Ni 0.05～0.10，Co 8.0～12.0，Mo 1.0～5.0，W 2.0～8.0，V 0.05～0.50，Nb 0.01～0.30，RE 0.0010～0.0500，N 0.0050～0.1000，Fe余量。
[0008]所述的高Cr
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高Co型稀土耐热钢合金材料，优选的，以重量百分比计，采用C、N共合金化，C+N＝0.20～0.50；采用高纯稀土合金化，RE＝0.0050～0.0300；采用V微合金化，V＝0.05～0.30；采用Nb微合金化，Nb＝0.01～0.15。
[0009]所述的高Cr
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高Co型稀土耐热钢合金材料的制备方法，采用真空感应熔炼、氮合金化、高纯稀土处理、气体保护浇注、亚温处理、调质处理，最终获得组织均匀、致密，析出相细小、弥撒的优质稀土耐热钢材料，具体包括如下步骤：
[0010](1)真空感应熔炼：采用真空感应炉进行钢水熔炼，原材料为优质废钢、纯金属和中间合金，中间合金进行预热处理，严格控制O、S杂质元素的含量；
[0011](2)氮合金化：采用含氮合金分批次加入，进行氮合金化，并充入N2，保证N元素的收得率；
[0012](3)稀土处理：采用高纯稀土金属进行稀土微合金化处理，稀土处理前钢水需充分脱氧；稀土金属破碎成小块，用铝箔包裹，从钢水顶部加入；
[0013](4)保护浇注：稀土处理后，在N2保护下浇注铸锭，防止凝固过程中气体逸出；
[0014](5)铸后退火：浇注后铸锭高温脱模，并在650～700℃进行等温退火处理，降低内应力，消除组织遗传，改善初始组织；
[0015](6)均质锻造：采用锻前钢锭进行扩散退火，通过高温扩散与机械扩散相结合，缩短扩散退火的时间，提升均质化效率，减轻凝固偏析；此后，采用常规锻造方法进行成形；
[0016](7)亚温处理：锻后在1100～1200℃进行高温退火，随后炉冷至300～350℃，消除锻态缺陷、改善锻后组织；再经700～800℃进行亚温细晶处理，细化晶粒和均匀组织；
[0017](8)调质处理：采用淬火+高温回火的调质处理，最终获得回火马氏体+碳化物细小弥散的稀土耐热钢材料。
[0018]所述的高Cr
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高Co型稀土耐热钢合金材料的制备方法，在步骤(1)中，中间合金进行预热处理温度为400～800℃，并选择合理的布料方式和加入顺序，优先加入废钢和元素不易烧损的中间合金和纯金属，然后添加易烧损元素的中间合金和纯金属。
[0019]所述的高Cr
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高Co型稀土耐热钢合金材料的制备方法，在步骤(2)中，氮合金化采用的含氮合金破碎至直径≤50mm，在400～600℃进行预热处理，充入N2压力≥0.2atm。
[0020]所述的高Cr
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高Co型稀土耐热钢合金材料的制备方法，在步骤(3)中，稀土处理采用的高纯稀土金属为全氧含量T.O≤300ppm的金属镧、金属铈或者镧铈混合金属，稀土元素含量99wt％以上，稀土处理前钢水中全氧含量T.O≤30ppm。
[0021]所述的高Cr
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高Co型稀土耐热钢合金材料的制备方法，在步骤(4)中，浇注过程中，充入N2压力≥0.2atm，直至铸锭完全凝固。
[0022]所述的高Cr
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高Co型稀土耐热钢合金材料的制备方法，在步骤(5)中，铸锭高温脱模温度为铸锭表面温度≥800℃。
[0023]所述的高Cr
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高Co型稀土耐热钢合金材料的制备方法，在步骤(6)中，扩散退火温度≥1150℃，终锻温度≥850℃。
[0024]所述的高Cr
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高Co型稀土耐热钢合金材料的制备方法，在步骤(8)中，调质处理淬火温度为1100～1150℃，一次回火温度为690～730℃，二次回火温度为650～690℃。
[0025]本专利技术材料的合金设计思想及制备方法是：
[0026]1、成分设计
[0027]采用C、N共合金化，降低成分偏析、细化碳化物，并与V、Nb等合金元素形成稳定的微细第二相，产生强烈的析出强化作用，提高高温组织稳定性、提升热强性。优选的，高Cr
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高Co型稀土耐热钢合金材料中，C+N＝0.20～0.50。
[0028]采用高纯稀土合金化，在发挥RE变质夹杂和深度净化作用的基础上，实现RE的固溶，稳定晶界和相界等微观缺陷，延缓碳化物粗化、减少或避免网状碳化物，降低高温强度的衰减速率。优选的，高Cr
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高Co型稀土耐热钢合金材料中，RE＝0.0050～0.0300。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高Cr
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高Co型稀土耐热钢合金材料，其特征在于，按重量百分比计，化学成分范围为：C 0.10～0.50，Si 0.10～0.50，Mn≤0.50，P≤0.02，S≤0.015，Cr 8.0～12.0，Ni 0.05～0.10，Co 8.0～12.0，Mo 1.0～5.0，W 2.0～8.0，V 0.05～0.50，Nb 0.01～0.30，RE 0.0010～0.0500，N 0.0050～0.1000，Fe余量。2.根据权利要求1所述的高Cr
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高Co型稀土耐热钢合金材料，其特征在于，优选的，以重量百分比计，采用C、N共合金化，C+N＝0.20～0.50；采用高纯稀土合金化，RE＝0.0050～0.0300；采用V微合金化，V＝0.05～0.30；采用Nb微合金化，Nb＝0.01～0.15。3.一种权利要求1或2所述的高Cr
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高Co型稀土耐热钢合金材料的制备方法，其特征在于，采用真空感应熔炼、氮合金化、高纯稀土处理、气体保护浇注、亚温处理、调质处理，最终获得组织均匀、致密，析出相细小、弥撒的优质稀土耐热钢材料，具体包括如下步骤：(1)真空感应熔炼：采用真空感应炉进行钢水熔炼，原材料为优质废钢、纯金属和中间合金，中间合金进行预热处理，严格控制O、S杂质元素的含量；(2)氮合金化：采用含氮合金分批次加入，进行氮合金化，并充入N2，保证N元素的收得率；(3)稀土处理：采用高纯稀土金属进行稀土微合金化处理，稀土处理前钢水需充分脱氧；稀土金属破碎成小块，用铝箔包裹，从钢水顶部加入；(4)保护浇注：稀土处理后，在N2保护下浇注铸锭，防止凝固过程中气体逸出；(5)铸后退火：浇注后铸锭高温脱模，并在650～700℃进行等温退火处理，降低内应力，消除组织遗传，改善初始组织；(6)均质锻造：采用锻前钢锭进行扩散退火，通过高温扩散与机械扩散相结合，缩短扩散退火的时间，提升均质化效率，减轻凝固偏析；此后，采用常规锻造方法进行成形；(7)亚温处理：锻后在1100～1200℃进行高温退火，随后炉冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡小强，王琨，郑雷刚，李殿中，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：